Diamantgekühlte Chips könnten die Zukunft sein
Um die Leistung von Mikroprozessoren (trotz der enormen Wärmeentwicklung, die sie erzeugen) deutlich zu verbessern, nutzt ein amerikanisches Unternehmen Diamant zur Kühlung. In Experimenten führte einer der leistungsstärksten Nvidia-Chips Berechnungen dreimal schneller durch als zuvor. Die Technologie kam ursprünglich aus Augsburg.
Das Mooresche Gesetz besagt, dass sich die Rechenleistung von Computerchips alle zwei Jahre verdoppelt, aber dieses Gesetz hat innerhalb weniger Jahre seine Gültigkeit verloren. Dies liegt vor allem daran, dass die Prozessoren nicht mehr ausreichend kühlen können, wenn sie möglichst schnell arbeiten dürfen. Weder der Hauptprozessor (CPU) noch der Grafikprozessor (GPU) halten Temperaturen deutlich über 100 Grad stand.
Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler nach alternativen Architekturen. Beispielsweise haben die TU Berlin und das MIT in Boston vielversprechende Ergebnisse mit Laserchip-Prototypen erzielt. Durch die Verwendung von Lichtteilchen (Photonen) anstelle von Elektronen kann er effizienter arbeiten als herkömmliche Prozessoren. Doch bis solche Systeme serienreif sind, wird es noch einige Zeit dauern. Alternativ wird nach Wegen gesucht, herkömmliche Chips effizienter zu kühlen. Ein amerikanisches Unternehmen, das Diamanten verarbeitet, hat einen vielversprechenden Ansatz gefunden.
„Der größte Diamant der Welt“ aus Augsburg
Genau genommen handelt es sich um synthetische Diamanten. Vor sechseinhalb Jahren sorgte die Universität Augsburg für Aufsehen, als sie in einem Labor den „größten Diamanten der Welt“ züchtete. Allerdings sieht es nicht wie ein echter Edelstein aus, da es sich bei dem 155-Karat-Stein um eine Scheibe mit einem Durchmesser von 92 Millimetern handelt.
Diese Form entsteht, wenn Kohlenstoffmoleküle aus Tausenden von Plasmen im Reaktor freigesetzt werden. Die thermische Abscheidung erfolgt Schicht für Schicht auf einem Iridium-Substrat unter einem Unterdruck von einigen Zehntel Atmosphären. Bayerische Wissenschaftler wussten schon lange, dass ihre Wafer „das ultimative Material für Hochleistungselektronik“ seien. Um ihre Entdeckung zu kommerzialisieren, gründeten sie 2015 die Augsburg Diamond Technology GmbH.
Zwei- bis dreifache Taktfrequenz
Seit letztem Jahr ist Auditec Teil des amerikanischen Unternehmens Diamond Foundry und kann mit schwäbischer Technologie Produkte mit einer Dicke von weniger als 3 mm und weniger als herstellen Diamantscheiben mit einem Durchmesser von 100 mm. CEO Martin Roscheisen sagte dem Wall Street Journal, dass der Chip durch die Verwendung des Materials als Kühlmittel mit der doppelten Taktgeschwindigkeit laufen könne, ohne dass es zu Fehlfunktionen komme. Mit einem der leistungsstärksten Nvidia-Chips schaffen sie sogar die doppelte Leistung. Roscheisen, ebenfalls Deutscher, gilt als Stargründer im Silicon Valley.
Diamond Foundry hat Hunderte von Diamantscheiben hergestellt. Rochesson sagte, sein Unternehmen befinde sich in Gesprächen mit den meisten der weltweit größten Chiphersteller sowie Rüstungsunternehmen und Herstellern von Elektrofahrzeugen, um die Entwicklung ihrer Mikrochips und Elektronik zu beschleunigen und deren Landfläche zu minimieren. Diamantscheiben sind mittlerweile genauso günstig wie Siliziumkarbidscheiben, aus denen besonders effiziente Leistungshalbleiter hergestellt werden.
Es gibt einen anderen Weg.
Aber Roscheisens Unternehmen ist nicht ohne Konkurrenz, schreibt das Wall Street Journal. Einige Unternehmen können mit anderen Verfahren manchmal größere synthetische Diamanten herstellen. Es gibt andere mögliche Lösungen. Intel arbeitet beispielsweise daran, Mikrochips auf der Rückseite von Glas zu platzieren.
Dadurch ist es möglich, Riesenchips herzustellen, die im Prinzip aus vielen kleinen Chips (Dielets) bestehen. Diese bleiben auch bei hohem Stromverbrauch und damit verbundener Wärmeentwicklung stabil. Der Intel Fellowship-Empfänger Rahul Manepalli sagte dem Wall Street Journal, dass jedes Paket eine Wärmeleistung von bis zu einem Kilowatt habe. Das Chippaket misst 10 Quadratzentimeter und hat die Leistung eines Haartrockners.
Borarsenid könnte in Zukunft ein Ersatz für Silizium werden. Obwohl seine Wärmeableitungsleistung nicht so gut ist wie die von Diamant, ist es auch ein Halbleiter. Aus diesem Material lassen sich äußerst leistungsstarke Mikrochips herstellen.
Andy Bechtolsheim, Mitbegründer von Sun Microsystem, könnte sich auch vorstellen, verschiedene Technologien in einer Sandwich-Struktur zu kombinieren. „Das Glas oben dient der schnellen Kommunikation, der dreidimensionale Stapel aus Siliziumschichten in der Mitte dient der Verarbeitung und der Diamantwafer unten dient der Ableitung der gesamten Wärme“, sagte er dem Wall Street Journal.
Quelle: www.ntv.de
